التعرف على الكيمياء

تباينت الآراء حول أصل كلمة كيمياء، فمنهم من أرجعها إلى الفعل اليوناني chio  ويعنى السبك والصهر، ومنهم من أعادها إلى كلمتي chem، kmt  المصريتين ومعناهما الأرض السوداء، ومنهم من يرى أنها مشتقة من كلمة كمى العربية أي ستر وخفى.

وكانت الكيمياء العربية قد تأثرت بالكيمياء اليونانية والسريانية وخاصة بكتب دوسيوس و بلنياس الطولوني الذي وضع كتاب (سر الخليقة)، ولكن علوم اليونان لم تكن ذات قيمة لكونها قائمة على الافتراضات والتحليلات الفكرية.

تقوم الكيمياء فى الاساس على الرؤية وتحليل الظواهر، وذلك من خلال تحويل المعادن الزهيدة الثمن كالحديد والنحاس والرصاص إلى معادن باهظة كالذهب والفضة عن طريق التوصل إلى حجر الفلاسفة.

تطور علم الكيمياء 

تعتبر الكيمياء الصينية أقدم كيمياء معروفة على وجه الارض، وذلك بالرغم من بعض الغموض الذى يكتنف ظهورها وتاريخها الفعلى على عكس علم الفيزياء.

وزعمت أهل صناعة الكيمياء قديما عن ان هناك صلة بين الكيمياء الصينية والكيمياء المصرية، وقال ابن النديم ان أحد تلك المزاعم هى صناعة الذهب والفضة من غير معادنها، وأن أول من تكلم عن علم الصنعة هو هرمس الحكيم البابلي المنتقل إلى مصر عند افتراق الناس عن بابل، وإن الصنعة صحّت له، وله في ذلك عدة كتب، وإنه نظر في خواص الأشياء وروحانيتها. 

وزعم الرازي أن جماعة من الفلاسفة عملوا في الكيمياء مثل: فيثاغورس، ديموقراط، أرسطاليس، جالينوس، وغيرهم، ولايجوز أن يسمى الإنسان فيلسوفاً إلا أن يصح له علم بالكيمياء.

 الكيمياء في القرون الوسطى

يعتبر العالم برنارد تريفيزان أشهر شخصية من شخصيات الكيمياء الغربية في القرون الوسطى، كان أول من تناول فكرة الحصول على الذهب والبحث عنه في الصخور والأحجار والمعادن والاملاح وغير ذلك.

 ارتحل الى بلاد كثيرة منها القسطنطينية ومصر وبلاد الاغريق، روادته فكرة البحث عن هذا المعدن الثمين لكونه  ذروة الكمال المعدني، وأراد أن يحل مشكلته الكبرى في أشعة الشمس للاعتقاد السائد قديماً بأن هذه الأشعة هي التي تكون المعادن، وما الذهب إلا أشعة الشمس المتكاثفة التي استحالت إلى جسم أصفر براق.

كانت لدية ثروة هائلة، لكنه بددها فى البحث عن افكاره واعتقادته بكون تكون تلك المعادن، حتى أن أصحاب المناجم كانوا يغلقون مناجمهم برهة من الزمن ليعطوا المعادن فرصة التكون.

علم الكيمياء عند العرب المسلمين 

كانت البداية على يد خالد بن يزيد بن معاوية أول من اشتغل في علم الصنعة عند العرب، حيث استقدم بعض الرهبان الأقباط المتفحصين بالعربية، كمريانوس، شمعون، وغيرهم، وطلب إليهم نقل علوم الصنعة إلى اللغة العربية عله يتمكن من تحويل المعادن الخسيسة إلى ذهب.

واعتمد العرب على الكتب المنقولة عن اليونانية، وكتب الإسكندرانيين التي نقلت إلى العربية، ليصل سر الصنعة الى العرب ولكن ممتزجة ببعض الأضاليل.

وجاءت بعض المفاهيم لدى العرب من هذه الكتب، فاعتقدوا أن طبيعة تلك العناصر قابلة للتحويل، وأن جميع المعادن مؤلفة من عناصر واحدة هي الماء، الهواء، التراب، النار، وسبب اختلافها فيما بينها يعود إلى اختلاف نسب هذه العناصر في تركيبها، فلذلك لو توصلنا إلى حلّ أي معدن إلى عناصره الأساسية، وأعدنا تركيبه من جديد بنسب ملائمة لنسب أي معدن آخر كالذهب والفضة مثلاً، لاستطعنا الحصول على هذا المعدن.

وبدأت تجارب العلماء تتوالى واستعملوا الرموز في الإشارة إلى المعادن فأشاروا إلى الذهب بالشمس، والى الفضة بالقمر، فاكتشفوا مواد جديدة، واختبروا أموراً مختلفة، وتوصلوا إلى قوانين عديدة.

وترتبط نشأة الكيمياء عند العرب بشخصية أسطورية أحياناً وتاريخية حيناً آخر، هي شخصية جابر بن حيان، ونستنتج من خلال الكتب التي تحمل اسمه أنه من أشهر الكيميائيين العرب، ويعدّ الممثل الأول للكيمياء العربية.

ما هو علم الكيمياء؟ 

الكيمياء هي علم دراسة المادة من حيث التركيب والخواص، والتحولات التى يمكن أن تحدث لها وحدها أو عند وجود مادة أخرى معها، وغالبا ما يطلق عليها العلم المركزي، لانها لا تهتم بدراسة الطاقات الأساسية أو القوى التي تجعل المواد متماسكة.

وتختص الكيمياء بدراسة مكونات المادة والتى تتكون من ذرات وهى الجسيمات الاولية والاساسية، وكيف تتفاعل تلك الجزيئات مع بعضها البعض، مثل تفاعل الذرات وخواصها على مقياس دقيق مثل تفاعل جزيئات DNA والبروتينات في المحاليل المعقدة التركيب وخواص المواد الجديدة الناتجة.

ماهو التفاعل الكيميائى؟ 

هو عبارة عن تكسير روابط في المواد المتفاعلة لإنتاج روابط جديدة في المواد الناتجة مما يؤدي إلى تكوين عناصر جديدة مختلفة في صفاتها الكيميائية والفيزيائية معاً . 

التفاعلات الكيميائية تشمل تغير ترتيب الذرات في الجزيئات الكيميائية، و في مثل هذا التفاعل نشهد اتحاد بعض الجزيئات بطرق أخرى لتكوين شكل من مركب اكبر او اعقد ، او تفكك المركبات لتكوين جزيئات أصغر، أو إعادة ترتيب الذران في المركب . والتفاعلات الكيميائية تشمل عادة تكسر او تكوين روابط كيميائية. 

الصيغة الكيميائية

 تعرف بمسمى آخر وهو الصيغة الجزيئية و هى اختصار بسيط برموز معينة للتعبير عن المعلومات المتعلقة بالذرات التى تكون مركب كيميائي معين، كما انها تعبرعن كل عنصر برمزه الكيميائي وتحدد عدد الذرات فى جزي هذا المركب. 

فروع الكيمياء

تنقسم الكيمياء الى عدة فروع هامة تدخل فى شتى مناحى الحياة وهى :-

• الكيمياء التحليلية

هي فرع من علم الكيمياء يهتم بالتقدير الكمي والنوعي للعناصر او المركبات المكونة للماده المراد تحليلها. 

• كيمياء حيوية

أحد اهم فروع الكيمياء والتى تختص بدراسة كل ما يتعلق بالكائن الحى سواء أن كانت كائنات دقيقة او راقية.

• الكيمياء العضوية 

فرع يختص بدراسة وبناء وخواص وتركيب وتفاعلات المركبات التى تحتوى على الكربون والهيدروجين والنيتروجين او اى من عناصر الهالوجينات.

• الكيمياء غير العضوية

هى الكيمياء التى تهتم بدراسة المركبات التى تخلو من كلا من ذرة الهيديروجين والكربون ودراسة خواصها الكيميائية والفيزيائية.

• الكيمياء الكهربية 

أحد الفروع التى تختص بدراسة التفاعلات التى تحدث عند سطوح النواقل الكهربية، والتى تتمثل فى فصل أحد المركبات باستخدام طرق الفص الكهربى أو كآلية عمل البطارية. 

• الكيمياء النووية 

أحد الفروع التى لا تقل اهمية عن الكيمياء الحيوية حيث يختص الفرع بدراسة المواد الكيمائية المرتبطة بالنشاط الإشعاعى .

العناصر الكيميائية والجدول الدوري 

الجدول الدوري للعناصر الكيميائية، والذى يعرف أيضا بجدول مندليف الدوري هو عرض جدولي للعناصر الكيميائية المعروفة،  أول من قام ببنائه ديمتري مندليف، حيث قام بترتيب العناصر طبقا لعدد الإلكترونات الموجودة بكل عنصر، صنـف العناصر ذات الخواص في جدول أسماه الجدول الدوري ، كما عرف بإسم جدول مندلييف ، نظم العناصر ذات الخواص و الصفات المتشابهــة في أعمدة ، أطلــق عليها اسم مجموعات، و في صفوف أفقية سمــاها الــدورات حيث تتكرر الخواص الكيميائية بصفة دورية في الجدول، ورتب كل عنصر طبقا لعدده الذري ووفقاً لمبدأ البناء التصاعدي.

ولكل عنصر من العناصر خواص كيميائية وفيزيائية تتشابه حسب المجموعة التى تنتمى اليها سواء أن كانت عناصر فلزيو او لا فلزية او عناصر شبه فلزية.

1-الفلزات (المعادن )Metals

لها خواص كيميائية وفيزيلئية تختلف عن اللافلزات

• خواصها الفيزيائية

 - اللمعان والبريق 

 - موصلة جيدة للحرارة والكهرباء 

 - كثافتها عالية 

 - درجة انصهارها عالية.

• خواصها الكيميائية

 - تفقد ألكترونات بسهولة

 - تتآكل بسرعة 

2-اللافلزات Nonmetals 

أ- خواصها الفيزيائية( الطبيعية):

- صفاتها عكس المعادن 

- لاتلمع وبدون بريق. 

- رديئة التوصيل للحرارو والكهرباء 

- هشة تتهشم بسهولة 

- لاتسحب لسلاك  

- لاتطرق لألواح

- كثافتها قليلة  

- درجة الإنصهار منخفضة .

ب- الخواص الكيماوية 

- تميل لإكتساب الكترونات وحيث أن المعادن تميل لفقدان الكترونات واللامعادن تميل لإكتساب الكترونات . لهذا المعادن واللا معادن يميلان لتكوين مركبات منهما. وهذه المركبات يطلق عليها مركبات أيونية (متاينة) ionic compounds. وعندما يتحد اثنان أو أكثر من اللامعادن تكون مركبات متحدة الذرات a covalent compound.

3-أشباه الفلزات (المعادن) Metalloids : تجمع بين خواص الفلزات واللافلزات

- صلبة 

- لامعة أو غير لامعة.

- يمكن سحبها لأسلاك . 

- يمكن طرقها لألواح .

- توصل الحرارة والكهرباء لكن ليس بكفاءة المعادن .

وترتب العناصر فى الجدول ترتيبا تصاعديا من اليسار إلى اليمين بحسب ازدياد العدد الذري فيحصل نتيجة ذلك تكرار دوري للصفات الفيزيائية والكيميائية.

ويتكون من 

الدورات:الصفوف الأفقية في الجدول الدوري وعددها سبعة.

المجموعات:الأعمدة الرأسية في الجدول الدوري وعددها ثمانية.

ماذا تعرف عن العنصر؟

العنصر هو ابسط صور المادة، يتكون من ذرات من ويوجد اما بشكل طبيعي في الارض او يقوم الانسان بتكوينه، يوجد ما يقرب من 116 عنصرا ، 91 منهم موجود في الطبيعة بشكل طبيعي ويقوم العلماء بتصنيفها على حسب كتلها الذرية وصفاتها الكيميائية تبعا للجدول الدورى.

الذرة Atom

مادة العنصر الكيميائي يمكن ان تنقسم اليه المادة و تظل حاملة لصفاتها الكيميائية ، و تتكون الذرات من جسيمات.

الايون Ion 

عبارة عن ذرة او مجموعة ذرات غير متعادلة من ناحية كهربائية، اي انها اكتسبت شحنة كهربائية بعد تفاعل كيميائي (اخذت او اعطت الكترونات لذرة او مجموعة ذرات اخرى) ويوجد ايضًا ايون على شكل مجموعة من الذرات وتسمى هذه المجموعة مجموعة ايونية، والايون نوعان: 

• ايون موجب (كاتيون)

وهو ذرة غير متعادلة كهربائيًا عدد البروتونات فيها اكبر من عدد الالكترونات اي ان عدد الشحنات الموجبة في الذرة أكثر من عدد الشحنات السالبة. 

• ايون سالب (انيون)

وهو ذرة غير متعادلة كهربائيًا عدد الالكترونات فيها اكبر من عدد البروتونات، اي ان عدد الشحنات السالبة في الذرة اكبر من عدد الشحنات الموجبة. 

ماهو الإلكترون؟

اشتقت كلمة الكترون من المصطلح Electric والذى يعنى كلمة عنبر باللغة الاغريقية، وهو جسيم أولي مكون للذرة، يحيط بالنواة المتكونة من بروتونات ونيترونات في شكل ترتيب إلكتروني.

بروتون  

البروتون هو جسيم تحت ذري وبشحنة كهربائية موجبة مقدارها 1.6 × 10−19 كولوم وكتلة مقدارها 938 MeV/c2 (1.6726231 × 10−27 كغم, أو ما يقارب 1800 ضعف كتلة الإلكترون). تدل النتائج التجريبية أن البروتون جسيم مستقر ، والحد الأدنى لفترة عمر النصف له 1035 سنة ، بالرغم من أن بعض النظريات تنبأت بأن البروتون يمكن أن يتحلل .

النيوترون

جسيم أولي يحمل شحنة كهربائية متعادلة، كتلته تساوي تقريباً كتلة البروتون، يوجد فى نواة الذرة، كما يمكن أن يوجد خارجها حيث يدعى بالنيوترون الحر. النيوترون الحر غير مستقر له متوسط عمر قدره حوالي 886 ثانية ( حوالي 15 دقيقة)، حيث يتحلل بعد هذه الفترة القصيرة يتحلل إلى بروتون والكترون. 

أنواع الروابط الكيميائية  

• رابطة أيونية

الرابطة الأيونية هي الرابطة التي تنشأ بين ذرتين تختلفان في المقدرة على كسب أو فقد الإلكترونات وتكون بين أيوني هاتين الذرتين الموجب والآخر السالب الشحنة فتنشأ قوة جذب كهربائي بينهما.

• الرابطة التساهمية

تنتج عن مساهمة زوج أو أكثر من الإلكترونات بين الذرات، مما ينتج عنه تجاذب جانبي يعمل على تماسك الجزيء الناتج، تميل الذرات للمساهمة أو المشاركة بإلكتروناتها بالطريقة التى تجعل غلافها الإلكتروني ممتليء. 

تعتبر أقوى الروابط الكيميائية، وتحدث غالبا بين الذرات التى لها سالبية كهربية متماثلة (عالية)، حيث أنه تلزم طاقة كبيرة لتحريك إلكترون من الذرة.

تشيع بين الفلزات على عكس الرابطة الايونية تشيع بين اللافلزات.

• الرابطة الهيدروجينية

تتكون من اتحاد الهيدروجين مع عناصر ذات كهروسالبية عالية مثل الهالوجينات والأوكسجين لتكون الرابطة التساهمية وهذه العناصر ذات قطبية عالية نظرآ للفارق الكبير في الكهروسلبية مما يؤدي إلى ظهور شحنة جزئية موجبة على ذرة الهيدروجين مكونآ قطبآ موجبآ وشحنة جزئية سالبة على ذرة العنصر الآخر.

عمليات ومصطلحات كيميائية

• الأكسدة: عملية يتم فيها فقد الالكترونات

• الاختزال : عملية يتم فيها اكتساب الالكترونات.

•  العامل المؤكسد: المادة التي تكتسب الكترونات.

• العامل المختزل: المادة التي تفقد الكترونات.
• عدد التأكسد: هو العدد الذي يمثل الشحنة الكهربائية (الموجبة أو السالبة) التي تحملها ذرة العنصر في المركبات الكيميائية (الايونية او التساهمية).
• القوة الدافعة الكهربائية : هي القوة التي تسبب حركة الالكترونات وانتقالها في السلك الموصل بين قطبي الخلية.
• الكحولات : تعتبرمن اقدم المركبات العضوية التي عرفها الانسان .فقد استخلص الانسان الكحول الايثيلي من تخمر الحبوب والفواكه. وجاء اسم الكحول من اصل عربي هو ( الغول ) ومعناه المادة المسكرة. تتميز الكحولات باحتوائها على مجموعة الهيدروكسيل (oH-) كمجموعة وظيفية وصيغة الكحول بشكل عام هي (R-oH) حيث Rهي مجموعة ألكيل.

• الايثرات: مركبات عضوية تتحد فيها مجموعة الاوكسي (-o- ) مع شقين عضويين قد يكون كلاهما أليفاتي او اروماتيا او احدهما أليفاتي والآخر أروماتي وصيغتها العامة.

R-o-Rاو  Ar-o-Rاو Ar-o-Ar.

• الالدهيدات: عبارة عن مركبات عضوية تحتوي على مجموعة ألدهيد ( Co-H- ) وتتألف هذه المجموعة من مجموعة كربونيل ( -c0- ) مرتبطة بها ذرة هيدروجين وقد تتصل مجموعة الالدهيد بذرة هيدروجين او مجموعة ألكيل او آرايل .
• الكيتونات: هي مركبات عضوية مشتقة تحتوي على مجموعة الكربونيل ( -co- ) تتوسط شقين عضويين يمكن ان يكونا مجموعتي ألكيل (R-co-R-) او مجموعتي آرايل او مجموعة الكيل ومجموعة ارايل .
• الأحماض: هي مركبات عضوية مشتقة تتميز بوجود مجموعة الكربوكسيل (cooH- ). 
• الامينات: مركبات عضوية تتكون من استبدال ذرة هيدروجين او أكثر في الامونيا بشق هيدروجيني ( NH3) .
• التصبن: تحلل الزيوت او الدهون في الوسط القاعدي لانتاج الصابون.
• المنظفات الصناعية: هي شبيهات أملاح الاحماض الدهنية الموجودة في الصابون ولكنها تصنع من مواد كيميائية غير الدهون الحيوانية او الزيوت النباتية.
•  حرارة التكوين: مقدار التغير في الانثالبي او المحتوى الحراري عند تكون مول واحد من المركب من العناصر المكونة له في حالتها الاكثر ثباتا في الظروف الاعتيادية.
• عملية التسامي : هي تحول المادة من الحالة الصلبة الى الحالة الغازية دون المروور بالحالة السائلة.
• أعداد الكم Quantum numbers: أعداد تحدد موقع وطاقة وشكل الفلك واتجاهه الفراغي ، كما تحدد حركة الإلكترون المغزلية حول نفسه أثناء دورانه حول النواة.